檸檬酸酒精等的發(fā)酵生產(chǎn)(六2)ppt課件

1、第一節(jié)二、有機(jī)酸發(fā)酵消費(fèi)- 檸 檬酸三、 酒精發(fā)酵消費(fèi)五、 抗生素的發(fā)酵消費(fèi).二 檸檬酸發(fā)酵消費(fèi).檸檬酸酸味純粹，是食品、飲料的優(yōu)良酸味劑，第一食用酸味劑。工業(yè)上運(yùn)用很廣泛，是合成多種工業(yè)品的原料。發(fā)酵法消費(fèi)檸檬酸，總產(chǎn)量世界第一，大量出口。.一、檸檬酸發(fā)酵消費(fèi)機(jī)制一檸檬酸合成途徑檸檬酸是生物體主要代謝產(chǎn)物之一。 檸檬酸合成途徑： 丙 乙酰COA葡萄糖 酮 檸檬酸 酸 草酰乙酸氧化脫羧羧化EMP.檸檬酸的累積黑曲霉中檸檬酸合成酶沒有調(diào)理作用黑曲霉中-酮戊二酸脫氫酶缺失或活力弱黑曲霉中順烏頭酸水合酶在催化時建立以下平衡：檸檬酸：順烏頭酸：異檸檬酸=90:3:7控制Fe2+含量，順烏頭酸水合酶活力

2、低，當(dāng)檸檬酸累積PH=2時，順烏頭酸酶和異檸檬酸脫氫酶失活，呵斥檸檬酸大量累積.除去鐵為主的金屬離子以糖蜜為原料時，用陽離子交換樹脂、金屬螯合劑EDTA除去鐵為主的金屬離子，或加黃血鹽控制糖蜜中的鐵離子以淀粉玉米、薯干為原料，先用-淀粉酶和糖化酶將淀粉水解成糖液，再除鐵離子.二檸檬酸發(fā)酵消費(fèi)工藝 1、菌種： 黑曲霉。2、種子培育： 麥芽汁瓊脂斜面，351，培育5天； 三角瓶， 351，培育10天； 轉(zhuǎn)種子罐。.二檸檬酸發(fā)酵消費(fèi)工藝3、種子罐培育：培育基：薯干粉碎、液化后的糖液；空消：種子罐、分過濾器，130，30分；實(shí)消：列管加熱至80，直接進(jìn)蒸汽至125， 15-20分；接種：冷卻至351，

3、接麩曲種1；培育： 351，罐壓：0.1Mpa，通風(fēng)攪拌培育 時間20-30小時。.二檸檬酸發(fā)酵消費(fèi)工藝4、發(fā)酵：機(jī)械攪拌通氣式發(fā)酵罐培育基：薯干淀粉水解糖；空消：發(fā)酵罐、分過濾器，130，30分；實(shí)消：列管加熱至80，直接進(jìn)蒸汽至125， 15-20分；接種：冷卻至351，接種子罐菌種10；培育： 溫度：351， 罐壓：0.1Mpa， 通風(fēng)攪拌培育，時間：50-60小時。.三、檸檬酸提取消費(fèi)工藝鈣鹽法1、發(fā)酵液過濾： 帶式過濾機(jī)2、中和： 濾液中除含檸檬酸外，還含可溶性的殘 糖以及蛋白質(zhì)、金屬離子等雜質(zhì)。利用檸檬酸鈣難溶于水的特點(diǎn)，與雜質(zhì)分別的過程。3、酸解： 中和所得鈣鹽經(jīng)過濾、洗滌，與硫

4、酸反響生成檸檬酸和硫酸鈣沉淀，過濾，濾液含較純的檸檬酸。.四、檸檬酸精制消費(fèi)工藝 1、離子交換： 陽離子交換：主要除鈣離子、鐵離子； 陰離子交換：主要除硫酸根、氯離子；2、蒸發(fā)濃縮：外循環(huán)減壓蒸發(fā)，65；3、結(jié)晶分別：高溫延續(xù)或分批冷卻結(jié)晶；4、枯燥包裝：離心、沸騰枯燥、質(zhì)檢、裝袋、 封口。.12 三、酒精發(fā)酵消費(fèi)Alcohol Fermentation.13酒精制造過程原料(淀粉、纖維素)單糖發(fā)酵產(chǎn)物酒精水解發(fā)酵蒸餾Yeast (Saccharomyces cerevisae)酸解酶解.14一、酒精消費(fèi)原料 1. 淀粉質(zhì)原料 (1)薯類原料：甘薯、木薯和馬鈴薯等 (2)谷物原料：玉米、高梁、

5、大米和小麥等 2.糖類原料 糖蜜、甘蔗、甜菜等 3.纖維質(zhì)原料 農(nóng)作物秸稈、甘蔗渣 我國發(fā)酵酒精的80%是用淀粉質(zhì)原料消費(fèi)的，其中薯類原料約占45%，玉米等谷物為原料約占35%。 .15.16二、酒精發(fā)酵微生物 1. 糖化菌將淀粉、纖維素轉(zhuǎn)化為糖 曲霉Aspergillus spp. 根霉Rhizopus spp. 2. 酒母將糖轉(zhuǎn)化為乙醇 啤酒酵母Saccharomyces cerevisiae 及其變種.三、酒精發(fā)酵生化機(jī)制 第一型發(fā)酵：無氧、中性或偏酸性條件 CH3COCOOH CH3CHO + CO2CH3CHO + NADH2 CH3CH2OH + NAD第三型發(fā)酵：無氧、堿性條件乙

6、醛發(fā)生岐化反響，磷酸二羥丙酮作為受氫體，產(chǎn)物為甘油、乙醇、乙酸。脫羧酶乙醇脫氫酶. C6H12O62CH3COCOOH 2CH3CHO 2CH3CH2OHNADNADH2-2CO2EMP2ATP乙醇脫氫酶酒精發(fā)酵： 產(chǎn)物：乙醇、CO2發(fā)生條件：無氧條件 途徑：EMP 菌種：酵母菌該乙醇發(fā)酵過程在pH3.54.5及厭氧的條件下發(fā)生 。無氧脫羧酶第一型發(fā)酵復(fù)原.四、原料不同工藝不同不同消費(fèi)原料，酒精發(fā)酵生化過程不同。對糖質(zhì)原料，可直接利用酵母將糖轉(zhuǎn)化成乙醇。對于淀粉質(zhì)和纖維質(zhì)原料，首先要進(jìn)展淀粉和纖維質(zhì)的水解糖化，再由酒精發(fā)酵菌將糖發(fā)酵成乙醇。.20.1. 淀粉質(zhì)和纖維質(zhì)原料的水解淀粉的糊化、液化

7、 淀粉在水中經(jīng)加熱會吸收一部分水而發(fā)生溶脹。假設(shè)繼續(xù)加熱至一定溫度普通6080,淀粉粒即發(fā)生破裂,呵斥黏度迅速增大,體積也隨之迅速變大,這種景象稱為淀粉的糊化.1. 淀粉質(zhì)和纖維質(zhì)原料的水解 不同種類淀粉糊化溫度有所不同,苷薯、馬鈴薯、玉米和小麥淀粉的糊化溫度分別為7076、5967、6472和6568。發(fā)生糊化景象稱為淀粉的溶解，或稱為液化。馬鈴薯、小麥和玉米支鏈淀粉完全液化的溫度為132、7080、141和146151。.纖維質(zhì)原料的水解強(qiáng)酸、強(qiáng)堿水解 酶水解：采用纖維素酶 里斯木霉、綠色木霉由于纖維素的性能穩(wěn)定,無論用酸水解還是用酶水解，都存在水解速度慢,糖得率低的問題，這是影響纖維素科

8、學(xué)利用的難題之一.24纖維素消費(fèi)酒精工藝.25五、酒精發(fā)酵工藝 淀粉質(zhì)原料酒精消費(fèi)的特點(diǎn) 以薯類和谷類等為原料 原料需求蒸煮 淀粉質(zhì)原料需求進(jìn)展糖化 .26 淀粉質(zhì)原料酒精消費(fèi)工藝流程 大米 曲霉菌 麩皮 淀粉質(zhì)原料 酵母 米曲霉米曲 固體試管酵母 米曲汁 米曲汁試管培育三角瓶培育 粉碎 三角瓶液體酵母 曲種 蒸煮 卡式罐酒母 糖化曲液 糖化酒母糖化醪小酒母 發(fā)酵 大酒母 蒸餾 酒糟廢液 酒精 雜醇油.27淀粉顆粒淀粉分子可發(fā)酵性糖酒精95乙醇(C6H10O5)n+nH2OnC6H12O62nC2H6O+2nCO2+2nATP主要步驟：1. 原料粉碎2. 蒸煮糊化3. 曲霉糖化4. 酵母發(fā)酵5

9、. 蒸餾提純.28原料預(yù)處置1除雜挑選、風(fēng)選、磁力除鐵 原料先要經(jīng)過振蕩篩、吸鐵器等將其中的混雜的小鐵釘、泥塊、雜草、 石塊等雜質(zhì)除去。 2粉碎干法、濕法粉碎的目的是有利于淀粉顆粒的吸水膨脹、糊化, 設(shè)備大多采用錘式粉碎機(jī),采用粗碎和細(xì)碎兩級粉碎工藝，經(jīng)細(xì)粉碎后顆粒普通小于2.0mm。濕粉碎時,將蒸煮所需水量和原料一同粉碎,原料粉末不飛揚(yáng),省去除塵通風(fēng)設(shè)備,但粉碎后的粉料不能儲存,宜立刻用于消費(fèi)。.292. 蒸煮作用：突破植物細(xì)胞壁的維護(hù)作用，使淀粉顆粒從細(xì)胞中游離出來，并轉(zhuǎn)化為溶解形狀，便于糖化；對原料滅菌。方法：延續(xù)蒸煮 .粉碎機(jī)分別器風(fēng)機(jī)拌料罐泵蒸煮罐1蒸煮罐2蒸煮罐3汽液分離器原料二次

10、蒸汽糖化蒸汽粉塵水洗.313.糖化曲的制備1菌種 木霉Trichoderma spp.、曲霉Aspergillus spp. 根霉Rhizopus spp.、芽孢桿菌Bacillus spp.2方法 固體曲 液體曲.4.糖化糖化方法分成間歇糖化和延續(xù)糖化兩類。目前我國大多數(shù)酒精廠采用后者。(1)間歇糖化工藝 間歇糖化在糖化鍋內(nèi)進(jìn)展。蒸煮醪放入并冷卻到6162時，參與糖化劑，攪拌均勻后靜止糖化30min，再冷卻至30后供發(fā)酵用。 .4.糖化(2)延續(xù)糖化工藝 .5.酒母制備.35菌種儲存 酵母菌分別 接種 擴(kuò)展培育 .36 菌種培育 卡氏罐接種 .376.發(fā)酵工藝1方式：間歇式、半延續(xù)式、延續(xù)式

11、。2過程： 前發(fā)酵期酒母迅速繁衍，10h 主發(fā)酵期乙醇發(fā)酵，12h 后發(fā)酵期發(fā)酵作用弱，40h 總時間：6072h.38.397. 蒸餾與精餾1蒸餾塔粗餾塔、醪塔粗酒精、酒糟2精餾塔廢品酒精、雜醇油 頭級雜質(zhì)：乙醛、甲醇等工業(yè)酒精 中間級雜質(zhì)：異丁酸乙酯、異戊酸乙酯等 尾級雜質(zhì)：雜醇油.40六、固定化細(xì)胞消費(fèi)酒精 運(yùn)用固定化酵母，可以以一個反響塔替代多個 發(fā)酵罐，發(fā)酵時間由30h 3h,乙醇消費(fèi)才干大大提高.41 五、抗生素的發(fā)酵消費(fèi). 抗生素是微生物產(chǎn)生的具有生物活性的物質(zhì)，這類物質(zhì)能在低濃度下抑制或殺滅活細(xì)胞，這種作用又有很強(qiáng)的選擇性。 抗生素是人們運(yùn)用最多的藥物，也是制藥工業(yè)中利潤最高的

12、產(chǎn)品。世界各國由發(fā)酵法消費(fèi)的抗生素約400種，廣泛運(yùn)用的僅120種，其他主要是毒性大、本錢高，無商業(yè)運(yùn)用價值。 青霉素是最早發(fā)現(xiàn)并用于臨床的種抗生素，1928年為英國人A . Fleming發(fā)現(xiàn)，40年代投入工業(yè)消費(fèi)。我們就以青霉素為例簡單引見抗生素的發(fā)酵消費(fèi)過程。一 抗生素的消費(fèi)方法.消費(fèi)方法： 1、生物合成法： 傳統(tǒng)方法 “工程菌制造法 細(xì)胞交融技術(shù)法 2、化學(xué)合成法； 3、生物合成加化學(xué)合成法。 . 1、生物合成法： 傳統(tǒng)方法 大多數(shù)抗生素是由放線菌和霉菌產(chǎn)生的。普通采用深層液體培育、通風(fēng)攪拌發(fā)酵罐消費(fèi)。 最初由弗萊明分別的點(diǎn)青霉，只能產(chǎn)生2 Uml的青霉素。 人們采用基因工程和細(xì)胞交融

13、技術(shù)，對抗生素產(chǎn)生菌進(jìn)展了改造和重新設(shè)計(jì)，不僅可以制造出許多高效低毒的新型抗生素，還可使抗生素產(chǎn)量成倍地增長。青霉素工業(yè)發(fā)酵消費(fèi)程度已達(dá)85 000Uml以上。 .1、生物合成法： “工程菌制造法 第一次由“工程菌制造的全新抗生素麥迪紫紅素A，是美國報(bào)道的。他們將產(chǎn)放線紫紅素的部分基因插入產(chǎn)麥迪霉素的放線菌中，構(gòu)建的“工程菌產(chǎn)生了全新的抗生素。 我國新構(gòu)建的消費(fèi)丁胺卡那霉素的“工程菌，就是把酰化酶基因克隆到卡那霉素產(chǎn)生菌中獲得的。新的“工程菌 消費(fèi)的新抗生素毒副作用小，對耐卡那霉素、慶大霉素致病菌臨床療效顯著。.1、生物合成法：細(xì)胞交融技術(shù) 對抗生素產(chǎn)生菌采用細(xì)胞交融技術(shù)的成果更為突出。 目前

14、DNA重組技術(shù)已廣泛用于紅霉素、鏈霉素等20多種抗生素的育種任務(wù)，可以預(yù)見不久未來會有更多的由“工程菌消費(fèi)的新型抗生素問世。.2、化學(xué)合成法 根據(jù)某種抗生素的化學(xué)組成和構(gòu)造，經(jīng)過化學(xué)合成的方法，可消費(fèi)部分抗生素。 如：氯霉素、磷霉素等。 經(jīng)過化學(xué)合成方法和控制條件的不斷深化研討，越來越多的抗生素可用化學(xué)合成法消費(fèi)。. 3、生物合成加化學(xué)合成法 許多細(xì)菌逐漸出現(xiàn)了抗藥性，曾經(jīng)證明某些抗藥性因子位于細(xì)菌內(nèi)的質(zhì)粒上，質(zhì)粒可以在細(xì)菌之間轉(zhuǎn)移，結(jié)果抗性菌日益增多，抗生素療效就越來越低。 為了對付細(xì)菌的抗藥性，科學(xué)家對原有的抗生素進(jìn)展了“整容手術(shù)，細(xì)菌因再無法識別改頭換面的抗生素而被抑制或殺死。 如今已能

15、運(yùn)用克隆了?；富虻摹肮こ叹竽c桿菌高效率的消費(fèi)半合成抗生素。臨床如今運(yùn)用的先鋒霉素頭孢菌素類、氨芐青霉素，就是這類半合成抗生素類藥物。.二、青霉素消費(fèi)工藝1、菌種：產(chǎn)黃青霉生長發(fā)育分六個階段：期：菌絲生長期，適宜做種子；期：青霉素分泌期；期：菌絲體自溶期。. 2、培育基： 碳源：普遍采用淀粉經(jīng)酶水解的葡萄糖糖化液進(jìn)展流加或分批補(bǔ)料參與，葡萄糖加速菌體呼吸，溶解氧濃度低，PH下降，對生物合成酶系阻遏和抑制。 氮源：玉米漿、麩皮粉、無機(jī)氮源； 前體：苯乙酸或苯乙酰胺；0.1，多次參與，減少對菌體的毒害 無機(jī)鹽：S、P、Ga、Mg、K等。 鐵離子有毒害， 控制在30g/mL。.3、發(fā)酵條件控制補(bǔ)

16、糖：殘?zhí)墙抵?.6PH上升；補(bǔ)氮：氨氮0.05，補(bǔ)硫銨、氨水或尿素； PH：6.46.6，加葡萄糖、加酸、加堿調(diào)理；溫度：前期，25-26；后期， 23，減少對青霉素的降解破壞；通氣攪拌，溶氧：氧飽和溶解度的30；消沫劑：玉米油、豆油或化學(xué)合成消沫劑。.4、青霉素的分別純化 過濾：板框、真空轉(zhuǎn)鼓； 萃?。捍姿岫≈?，2-3次； 脫色：活性碳，150-200g/10億單位； 結(jié)晶：濃縮結(jié)晶或直接結(jié)晶； 洗滌 枯燥.(1)過濾：絮凝，采用鼓式真空過濾器，過濾前加去乳化劑并降溫(2)提煉用溶媒萃取法。低溫操作。將發(fā)酵濾液酸化至pH 2，加1/3體積的醋酸丁酯BA，混合后以碟片式離心機(jī)分別，得一次BA提取液。然后以1.3 % 1.9 %NaHCO3在pH 6.8 7.1條件下將青霉素從BA中提取到緩沖液中。再調(diào)pH至2.0，將青霉素從緩沖液再次轉(zhuǎn)入到BA中，方法